合理布置冲孔顺序，提高消突效果技术研究

合理布置冲孔顺序，提高消突效果技术研究

张伟涛

张伟涛

（义马煤业集团孟津煤矿有限责任公司防突部河南洛阳471100）

中图分类号：TD821文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）05-0000-01

孟津煤矿位于河南省孟津县横水镇境内，属突出矿井，设计生产能力120万t/a，主采二迭系山西组二1煤层，煤层结构简单，属较稳定煤层，厚度0～9.1m，平均2.24m，煤层厚度具有短距离内急剧变化的特点。煤层直接顶板主要为细—中粒砂岩，厚度5.90～21.68m，比较稳定，岩性坚硬。煤层底板主要为泥岩和砂质泥岩，少数为粉砂岩或细砂岩，厚度1.6～11.95m，一般2.5～6.0m。二2煤层局部开采。二1、二2煤层均具有突出危险性。轨道、胶带运输大巷及井底车场等主要巷道布置在两个煤层之间，而两煤层之间均厚仅为17m，这为矿井防突带来了很大困难。

一、高压水力冲孔技术的原理

高压水力冲孔技术是依靠高压水的冲击能力，造成掘进工作面前方煤体的破碎，逐渐形成一个大尺寸的水力掏槽孔，与此同时，孔道周围煤体向孔道方向发生大幅度的移动，造成煤体的膨胀变形和顶、底板间的相向位移，引起在孔道影响范围内地应力降低，煤层得到充分卸压，裂隙增加，使煤层透气性大幅度增高，促进瓦斯解吸和排放，大幅度地释放了煤层和围岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能，煤的塑性增高和湿度增加，达到既消除了突出的动力，又改变了突出煤层的性质，从而起到在采掘作业时防止煤与瓦斯突出的作用。水力冲孔过程中，水的作用一方面是形成高压水，导致煤壁破碎，形成一个较大的水力掏槽孔，使孔道周围煤体得到充分卸压和瓦斯大幅度排放；另一方面是湿润煤体，减小了煤体的脆性，增加了可塑性，降低了煤体内部的应力集中，增加了防止煤和瓦斯突出的能力，起到了综合防突的作用。

二、高压水力冲孔技术在我矿的初步应用

2009年，面对日益严峻的形势，我矿开始尝试采用高压水力冲孔防突技术，首先在西翼第三中部车场进行了试验。西三车场为岩石巷道，主要为砂质泥岩，少数为泥岩，粉砂岩或细砂岩，根据地质探测：煤层走向50～60°，倾向140～150°，倾角3～4°，煤层平均厚度约4.0m，岩柱厚度为1.8m。按照设计抽（释）放钻孔的方法进行水利冲孔钻孔设计，采用ZY-750型全液压钻机进行排放钻孔施工，在西三车场工作面布置4排6列共20个孔，钻孔控制到巷道周界外3m的煤层内，向前控制35m，最长的钻孔50.0m，最短的钻孔13.0m，终孔间距不小于4m不大于15m，钻孔直径为75mm（扩孔至94mm）。释放钻孔施工完毕后，再对每一个钻孔采用Brw125/31.5型乳化液泵（最大流量125L/min，最大压力31.5Mpa，功率75KW）连接钻机进行水力冲刷，用10Mpa的高压水进行水力冲孔，水力冲刷时钻头要反复进退直到冲不出煤为止。

西三车场原设计防突钻孔64个，采用水力冲孔技术后，只施工了20个钻孔，即达到了消突效果。西轨大巷曾利用瓦斯抽放手段作为消突措施，历经约60的时间才是瓦斯含量达标，而西三车场，利用水力冲孔技术仅用了30天左右，防突所用时间缩短了一倍，大大提高了掘进进程。

三、高压水力冲孔技术应用过程中出现的问题及改进方案

高压水力冲孔技术在我矿井下多个地点进行试验，均取得了良好的效果。但在这过程中，也暴露出了以下问题：钻孔冲煤冲不到底，打钻中经常性的出现喷孔、夹钻现象，一个孔需要反复冲刷，造成工程量重复计量等（见表1）。

表1：西三车场钻孔记录汇总表（部分）

我们经过现场调查，结合理论，提出对冲孔的先后顺序进行合理调整，应该能够解决以上问题。

2010年11月，西区首采面12011工作面胶带顺槽进入揭煤前的消突阶段，我们选择在该处进行了试验。设计钻孔38个，设计图纸只画到见煤点位置，参数只给出岩孔段长度，对煤孔只以冲煤量考核。如下图所示。

对冲孔的顺序进行了合理设计，分以下四步完成。

第一步：钻孔施工时，必须先施工2号孔进行冲孔，后施工1、3号孔进行冲孔。

第二步：待1、2、3号孔冲孔完毕后，在左帮钻场内冲孔顺序为9、8、7、6、5、4、12、11、10、15、14、13号孔；右帮钻场内冲孔顺序为33、32、31、30、29、28、27、26、25、24、23、22号孔。

第三步：待巷帮钻场内钻孔冲孔完毕后，依次施工18、17、16、21、20、19号钻孔进行冲孔。

第四步：最后施工34~38号钻孔进行冲孔。

四、改良冲孔顺序后的消突效果考察

以岩柱为安全屏障，按照由远而近、先两边后中间的顺序，利用打钻和高压水射流冲击煤体，激发煤体发生可控的喷煤和喷瓦斯，一步步的释放压力，使得冲孔越冲越容易，达到节约时间，一步到位的效果。经试验证明利用水力冲孔要比抽放的方法效果显著：以往二1煤揭煤通常需要半年的准备时间，而经过冲孔，大大缩短了所需时间。

由于两边先经过卸压，使得掉钻头、掉钻杆的次数减少，降低了材料费损失；而一个钻孔只需计算一次岩孔和出煤量，使得钻孔工程量的计算更为简便，极大地遏制了弄虚作假的发生。（见表2）

表2实施水力冲孔时各钻孔冲出煤量（单位：t）

五、结论

水力冲孔措施工艺简单，施工安全，技术可行，且湿润了煤壁，降低了掘进过程中工作面粉尘浓度，改善了工作环境。

水力冲孔措施经过施工顺序改良，使水力掏槽孔前方和两帮煤体得到充分卸压，煤体的应力梯度下降；在释放应力的同时引起煤层透气性大幅度增加，瓦斯得到释放，瓦斯压力梯度大幅度下降，消除了激发突出的应力和瓦斯条件，且增大了煤体抑制突出的阻力，起到了很好的综合防突作用。水力冲孔的改良为我矿的以后的防突工作提供了成功经验，有很大的指导意义和参考价值。